Астраханский государственный технический университет.
Кафедра электрооборудования и автоматики судов.
Теория электропривода.
Методические указания к расчетно-графической работе
и практическим занятиям.
Астрахань 2000
Автор: Турпищев Ш.А., к.т.н. доцент кафедры «Электрооборудование и автоматика судов»
Соавтор: Ключарев А.Ю., ст. преподаватель кафедры «Электрооборудование и автоматика судов»
Рецензент:
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры, протокол №____ от _________2000г.
Содержание.
Введение 4
1. Анализ и расчет систем электропривода постоянного тока. 5
1.1. Построение разверток цепей главного тока. 5
1.2 Расчет механических характеристик ДПТ смешанного возбуждения при питании от сети. 10
Исполнение 11
Тихоходное 11
Быстроходное 11
Быстроходное 11
1.3 Примеры расчета механических характеристик ДПТ в относительных единицах. 16
2. Расчет систем электропривода переменного тока. 21
2.1. Расчет параметров схемы замещения асинхронного двигателя по каталожным данным. 21
2.2 Расчет механических характеристик асинхронного двигателя в режиме динамического торможения. 25
3.2. Примеры расчета схемы замещения и характеристик динамического торможения. 28
3. Приложение. 37
3.1. Задания к расчетно-графической работе. 37
3.2. Задания к практическим занятиям. 42
Задача №4 (Вариант В). 45
Введение
Методические указания предназначены для использования студентами для выполнения расчетно-графической работы по курсу «Теория электропривода», а также при подготовке к практическим и семинарским занятиям.
В данном методическом пособии содержатся теоретические и справочные данные необходимые для выполнения предусмотренного программой курса объема работ.
1. Анализ и расчет систем электропривода постоянного тока.
1.1. Построение разверток цепей главного тока.
Электродвигатели постоянного тока еще широко применяются в электроприводах якорно-швартовных устройств и грузовых лебедок благодаря возможности получения простыми средствами низких и повышенных устойчивых частот вращения.
Управляемый при помощи силового кулачкового или магнитного контроллера электродвигатель работает на определенной механической характеристике в соответствии с технологическим режимом механизма на каждом положении рукоятки контроллера.
В зависимости от требований к виду механических характеристик двигателя постоянного тока (ДПТ), последний может получать питание от бортовой сети постоянного тока 220В или от отдельного источника питания.
В первом случае возможно реализовать искусственные характеристики ДПТ при введении реостатов в цепь якоря, потенциометрическом включении якоря двигателя и ослаблением потока возбуждения.
Во втором случае индивидуальный источник питания позволяет получить механические характеристики ДПТ при изменении напряжения якорной цепи двигателя.
В соответствии с этим необходимо принципиально изменить схему электропривода и понять назначение отдельных элементов, необходимых для автоматического разгона двигателя при переходе с одной ступени скорости на другую, для осуществления грузовой и максимальной защиты, для контроля ослабления поля и т.д.
Изучив схему электропривода и принципы формирования искусственной характеристики, необходимо для упрощения дальнейшей работы составить развертки цепей главного тока и возбуждения для каждого положения рукоятки командоаппарата. Примеры таких разверток для электропривода постоянного тока грузовой лебедки, представленной на рис.1, показаны на рис.2.
Рис.1. Схема электропривода с контроллером управления грузовой лебедки БМРТ «Лесков»
Проведем анализ схемы.
В первом и во втором положениях контроллера в сторону «Подъем» образуется искусственная схема так называемой «ползучей» скорости На первой скорости якорь двигателя М зашунтирован резисторами R1 и R2, на второй резисторами R1, R2, R3. За счет тока шунтирующей цепи на резисторах R4 и R5 создается постоянной падение напряжения, вследствие чего напряжение на якоре электродвигателя становится меньше номинального и частота вращения при холостом ходе понижается (кривые 1 и 2 на рис.3).
На третьей скорости резисторы, шунтирующие якорь двигателя отключаются и сопротивление резисторов, включенных последовательно с якорем, уменьшается. Скорость подъема груза возрастает. На четвертом положении контроллера выключаются последнее сопротивление в цепи якоря и двигатель начинает работать по естественной характеристике с номинальной скоростью. Пятая скорость выше номинальной. Она предназначена для операций с пустым гаком и малыми грузами. Для получения повышенных скоростей ослабляется магнитный поток машины путем введения добавочных резисторов R10-R11, последовательно с обмоткой возбуждения ШОМ. При подъеме тяжелых грузов на пятой скорости от возможных перегрузок лебедку защищает грузовое реле РГ, шунтирующее при большом токе якоря двигателя резисторы R10, R11 и переводящее лебедку на работу по характеристике четвертой скорости.
Рис. 2. Развертки цепей главного тока.
При работе в сторону «Спуск» лебедка должна иметь жесткие механические характеристики. Для этого обе обмотки возбуждения включают согласно и параллельно якорю, причем обмотка ШОМ имеет постоянное возбуждение, а ток обмотки СОМ регулируется включением резисторов R1-R6. Изменением сопротивлений резисторов, включенных в цепь электродвигателя, получают желаемые механические характеристики для всех скоростей спуска груза (характеристики 1-5 на рис.3). Следует обратить внимание на характерную для лебедок потенциометрическую схему включения якоря двигателя на всех скоростях спуска груза. С помощью делителя напряжения. образованного резисторами, напряжение на якоре понижено тем больше, чем ниже должна быть скорость опускания груза.
Рис. 3. Механические характеристики электропривода постоянного тока.
Как и при подъеме, пятая скорость при спуске предназначена для опускания в двигательном режиме пустого гака или груза, вес которого меньше 50% номинального. Высокую скорость получают ослаблением магнитного потока, для чего последовательно с обмоткой возбуждения ШОМ включают резистор R10.
В нулевом положении контроллера якорь двигателя М замкнут через резисторы R5, R7 и последовательную обмотку возбуждения СОМ, образуя контур динамического торможения. Параллельная обмотка возбуждения питается от сети током номинальной величины. В обычных условиях, когда контроллер находится на нулевом положении, якорь электродвигателя застопорен электромеханическим тормозом ТМ. В аварийном случае, когда при подъеме груза пружина электромеханического тормоза ломается, контур динамического торможения обеспечивает плавное опускание груза в тормозном режиме.
Остальные элементы принципиальной схемы электропривода грузовой лебедки служат для различного вида защит.
Для предотвращения возможности спуска тяжелого груза на высокой скорости и перегрузки судовой сети недопустимо большими токами рекуперации в схеме предусмотрено двухкатушечное (дифференциальное) реле, называемое «реле скорости» (РС). Одна катушка реле скорости РС1 включена в цепь якоря, вторая катушка РС» находится под действием постоянного напряжения судовой сети. В режиме рекуперативного торможения ампер-витки обеих катушек действуют согласно и, тогда ток рекуперации достигает 60-75% номинального тока двигателя, реле РС срабатывает и закорачивает своими контактами резистор R10 в цепи обмотки возбуждения ШОМ. В результате этого лебедка переходит с пятой скорости на четвертую и ток рекуперативного торможения уменьшается. При работе в двигательном режиме ампер-витки катушек РС направлены встречно и реле не работает.
Реле максимальной защиты РМ настраивают на отключение лебедки при трехкратном токе в цепи якоря. При понижении питающего напряжения более чем на 20% реле напряжения РН срабатывает и отключает электродвигатель. Одновременно срабатывает тормоз ТМ и застопоривает груз. Новый пуск лебедки возможен только после возвращения контроллера в нулевое положение. Таким образом лебедка предохраняется от ударной нагрузки и перегрузки по моменту, которая возникла бы при пуске двигателя без пусковых резисторов.
Для получения искусственных механических характеристик ДПТ при регулировании напряжения якорной цепи необходимо иметь отдельный источник питания для этого двигателя, выходное напряжение которого может плавно меняться в широких пределах. Для этой цели служат системы генератор-двигатель (Г-Д) и тиристорный преобразователь (ТП-Д).
Системы Г-Д нашли широкое применение в судовых приводах, требующих плавного регулирования механических характеристик при сохранении жесткости, практически равной жесткости естественной механической характеристики ДПТ. Однако область применения электроприводов по системе Г-Д ограничивается высокой стоимостью этих систем, низкими массогабаритными показателями, наличием как минимум двух вращающихся коллекторных машин.
В настоящее время все больше находят применение судовые электроприводы по системе ТП-ДПТ. Достоинством этих систем являются высокие регулировочные показатели, возможность обеспечения желаемых механических характеристик, высокая надежность благодаря отсутствию коллекторных машин.